一种压缩视频成像系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及属于高速高分辨成像领域技术领域，尤其涉及一种压缩视频成像系统及方法。本发明专利技术通过分光模块将光线进行分开，采用两个TDI相机分别采集图像信号，利用同步脉冲发生器驱动编码模块与TDI相机协同工作，保证图像采集模块转移时刻与编码模块切换时刻同步发生，本发明专利技术通过图像传感器时间延时积分技术与编码曝光组合，实现时间

【技术实现步骤摘要】
一种压缩视频成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及属于高速高分辨成像领域
，尤其涉及一种压缩视频成像系统及方法。

技术介绍

[0002]高分辨率光学成像是指在空间、辐射、光谱、时间维度上具有高分辨率指标的成像系统，其中的高时间分辨率是指获取高帧率光学图像的能力。传统成像系统的帧率受到图像传感器器件的电荷读出速率，图像数据传输与存储速率等硬件限制，如CCD器件由于其像素读出机制约束，只能达到数十帧/秒，而近年来应用愈加广泛的CMOS图像传感器可提升至数百帧/秒。CMOS图像传感器通过开窗模式可以实现更高帧率，但这是以牺牲空间分辨率为代价的，且提升空间有限。条纹相机可实现超高速成像，但其牺牲了空间上一个维度来换取时间维度的分辨率，且时间窗口受限，不能实现连续成像，同时该系统复杂，成本代价高昂。
[0003]近年来图像数据中越来越高的空间分辨率又给高帧率成像带来了额外负担，在传统点对点映射成像方式下，在应对高维数据信息采集时，通常需要牺牲某一维度的分辨率，来实现高维信息到二维图像传感器的投影。而基于压缩感知理论的压缩成像系统打破了这种制约，通过直接对三维数据立方体进行编码，并将混叠的信息投影的二维图像传感器上，借助后处理的方式来实现高精度三维数据立方体的重构。这一方面大大降低了数据采集量，另一方面降低了器件速率对成像时间分辨率的制约。
[0004]Patrick Llull等人提出了编码孔径压缩时间成像仪(CACTI)，该系统采用压电陶瓷驱动编码孔径板完成时间
‑
空间图像信息编码，可将成像帧率提升至图像传感器本身帧率10倍以上。Yuwang Wang等人采用空间光调制器(SLM)与扫描电流镜(GM)组合，实现了高速计算成像。GIL WEINBERG等人通过增加光瞳匀光器生成随机点扩散函数，进而与卷帘快门组合实现十万帧率/秒成像。Liang Gao等人借助条纹相机与微透镜阵列(DMD)实现了千亿帧/秒的超快成像。目前多数压缩成像系统中需要借助编码孔径板、微透镜阵列(DMD)、硅基液晶板(LCoS)等完成编码，引入额外器件的同时也增加了系统对准和标定需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提供一种压缩视频成像系统及方法，该压缩视频成像系统旨在解决系统结构复杂成本高的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种压缩视频成像系统，包括
[0007]物镜组，用于将目标场景第一次放大；
[0008]编码模块，用于对光线进行编码；
[0009]图像采集模块，用于采集经过编码的光线；
[0010]同步脉冲发生器，分别连接编码模块和图像采集模块，用以驱动编码模块与图像采集模块协同工作，保证图像采集模块转移时刻与编码模块切换时刻同步发生；
[0011]数据处理模块，接收图像采集模块采集的图像数据，并进行合成重构。
[0012]作为本专利技术的一种方案，所述图像采集模块包括分光模块、第一图像采集单元和第二图像采集单元，
[0013]所述第一图像采集单元和第二图像采集单元分别位于分光模块分光后的光路上。
[0014]作为本专利技术的一种方案，所述编码模块包括沿光路依次排列的液晶光阀和偏振片，所述液晶光阀域所述同步脉冲发生器连接。
[0015]作为本专利技术的一种方案，所述编码模块包括主动光源，所述主动光源与所述同步脉冲发生器连接。
[0016]作为本专利技术的一种方案，所述分光模块的分光比50：50，所述第一图像采集单元和第二图像采集单元被配置为彼此垂直。
[0017]作为本专利技术的一种方案，包括
[0018]所述第一图像采集单元和第二图像采集单元均为TDI相机，所述TDI相机采用连续电荷转移模式，每行电荷转移分多拍完成，每拍电荷转移均对应一次液晶光阀状态切换。
[0019]作为本专利技术的一种方案，还包括一种压缩成像方法，
[0020]根据结果矩阵、测量矩阵、空间合并矩阵以及目标矩阵，建立压缩成像采样模型；
[0021]并根据目标空间分辨率、名义采样率、图像采集模块积分级数、每行电荷转移拍数，确定图像采集模块的时间片段数；
[0022]根据压缩采样模型以及图像采集模块的时间片段数对采集的图像数据进行压缩采样重构。
[0023]作为本专利技术的一种方案，在压缩采样重构步骤之前还包括对压缩成像采样模型进行空间维或时间维合并降尺度处理。
[0024]作为本专利技术的一种方案，在压缩采样重构步骤之前还包括对于空间域内非稀疏的图像数据进行稀疏变换。
[0025]作为本专利技术的一种方案，还包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述任一所述的方法。
[0026]本专利技术的上述技术方案中，本专利技术通过分光模块将光线进行分开，采用两个TDI相机分别采集图像信号，利用同步脉冲发生器驱动编码模块与TDI相机协同工作，保证图像采集模块转移时刻与编码模块切换时刻同步发生，本专利技术通过图像传感器时间延时积分技术与编码曝光组合，实现时间
‑
空间三维图像数据立方体的压缩采样。本专利技术相比于现有压缩成像系统省去了编码孔径板和标定过程，结构简单，降低了系统复杂度及成本；并且能够基于同一次采样过程，通过模型参数设置，实现重构图像空间分辨率与时间分辨率的灵活调整。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例一种压缩视频成像系统示意图；
[0029]图2为本专利技术另一个实施例一种压缩视频成像系统示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例一种压缩视频成像系统效果示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]需要说明，本专利技术实施方式中所有方向性指示(诸如上、下
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0033]并且，本专利技术各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0034]参见图1
‑
3，根据本专利技术的一方面，本专利技术提供一种压缩视频成像系统，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压缩视频成像系统，其特征在于，包括物镜组，用于将目标场景第一次放大；编码模块，用于对光线进行编码；图像采集模块，用于采集经过编码的光线；同步脉冲发生器，分别连接编码模块和图像采集模块，用以驱动编码模块与图像采集模块协同工作，保证图像采集模块转移时刻与编码模块切换时刻同步发生；数据处理模块，接收图像采集模块采集的图像数据，并进行合成重构。2.如权利要求1所述的压缩视频成像系统，其特征在于，所述图像采集模块包括分光模块、第一图像采集单元和第二图像采集单元，所述第一图像采集单元和第二图像采集单元分别位于分光模块分光后的光路上。3.如权利要求2所述的压缩视频成像系统，其特征在于，所述编码模块包括沿光路依次排列的液晶光阀和偏振片，所述液晶光阀域所述同步脉冲发生器连接。4.如权利要求2所述的压缩视频成像系统，其特征在于，所述编码模块包括主动光源，所述主动光源与所述同步脉冲发生器连接。5.如权利要求2所述的压缩视频成像系统，其特征在于，所述分光模块的分光比50：50，所述第一图像采集单元和第二图像采集单元被配置为彼此垂直。6.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云辉，王晓东，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：